9 Практикалық сабақ. Жарық биофизикасы , КФК-2. Жарыты жтылуы. БугерБер Ламберт заы. ткізу коэффиценті. Ертіндіні оптикалы тыыздыы. Жтылу спектрі. Кфк2 концентрациалы колорометрді рылысы. Есептер шыару. Кфк2 ралымен ертіндіні концентарциясын анытау Сабаты жоспары
 Скачать 79.76 Kb.
|
|
№9 Практикалық сабақ. Жарықтың жұтылуы. Бугер-Бер –Ламберт заңы. Өткізу коэффиценті. Ертіндінің оптикалық тығыздығы. Жұтылу спектрі. КФК-2 концентрациалық колорометрдің құрылысы. Есептер шығару. «КФК-2 құралымен ертіндінің концентарциясын анықтау» Сабақтың жоспары Жарықтың жұтылуы Бугер-Бер –Ламберт заңы. Өткізу коэффиценті. Ертіндінің оптикалық тығыздығы. Жұтылу спектрі. КФК-2 концентрациалық колорометрдің құрылысы. КФК-2 құралымен сұйықтың концентарциясын анықтау Сабақтың мақсаты мен міндеттері: жарықтың денеде жұтылу құбылысын зерттеу. КФК-2 құралының құрылысымен танысу, фотоколориметрлік әдісті меңгеру, студенттерді сұйықтың концентрацясын калибровтік график арқылы анықтауды үйрету. Сабақтың мазмұны: Жарық ағыны зат арқылы өткенде, оның энергиясының бір бөлігі ортаның атомдары немесе молекуларын қоздыруға жұмсалады, нәтижесінде жарық энергиясы азаяды. Бұл құбылысты жарықтың жұтылуы деп атайды, шын мәнінде жарықтың жұтылуы деп жарық сәулесінің бір ортамен тарау барысында жарық энергиясының энергияның басқа түріне ауысуы нәтижесінде жарық интенсивтілігінің төмендеуін атайды. Е  нді жарықтың интенсивтілігінің азаю (кему) заңдылығын қарастырайық (1сурет). 1 сурет Қалыңдығы dl болатын жұқа қабаттан монохроматты жарық өткенде оның бастапқы интенсивтілігін кемуі dI, жарық сәулесі өткен қабат қалыңдығына dl, түскен жарықтың бастапқы интенсивтілігіне I пропорционал болын делік. Осы шамалар арасындағы байланысты мына түрдегі дифферциалдық теңдеу арқылы өрнектейік: dI = -klIdl, мұндағы kl- ортаның жарықты жұту қабілетін сипаттайтын пропорционалдық коэффициент, оны жұтылудың натуралды көрсеткіші деп атайды, ол жарық толқынының ұзындығына l тәуелді, бірақ интенсивтілігіне тәуелсіз. Теңдеудегі минус таңбасы жарық интенсивтілігінің азаятындығын (кемитіндігін) көрсетеді. Бұл теңдеудің шешімі мына түрде жазылады:  e-kllмұндағы I0 – түскен сәуле (бастапқы сәуле) интенсивтілігі, I- зат қалыңдығы l қабаттан өткен сәуле интенсивтілігі. Бұл жарықтың жұтылу немесе Бугер заңы деп аталады. Егер Бугер өрнегін логарифмдесек ln(I0/I) = -kll өрнегі келіп шығады, мұндағы l=1/klтең деп алсақ, онда соңғы өрнек мына түрге келеді I=I0/e. Мұнан kl физикалық мәні келіп шығады: жұтылудың натураль көрсеткіші сан жағынан жарықтың жұтылуын «е» есе азайтатын қабат қалыңдығына кері шамаға тең. Енді жарықтың ертіндіде жұтылуын қарастырайық. Жарық толқыны ертінді арқылы өткенде, оның фотондары еріткіштің де, еріген заттың да молекулаларымен әрекеттеседі, энергиясының бір бөлігін орта молекулаларының күйін өзгертуге жұмсайды, нәтижесінде жарық интенсивтілігі кемиді, жарық жұтылады. Жарықтың ертіндіде жұтылуын сипаттайтын жұтылудың натураль көрсеткіші cl ертінді концентрациясына тура пропорционал екендігін ғалым Бер анықталды: kl= clС. Мұндағы  жұтылудың натуралды молярлы көрсеткіші, ол еріген зат түріне, жарықтың толқын ұзындығына тәуелді, бірақ ерітінді концентрациясына тәуелсіз. Бұл тұжырымды Бер заңы деп атайды. Концентрациясы жоғары ертінділер үшін бұл заңы орындалмайды, өйткені жоғары концентрациялы ерітіндіде молекулалар арасы жақындап, олардың өз ара әрекеттесуі орын алады да жарықтың жұтылуында өзгерістер байқалады. Енді Бугер өрнегіндегі коэффициент орнына Бер өрнегін қойсақ: e-cl∙l∙ СБұл өрнек жарық жұтылуының Бугер-Бер-Ламбер заңы деп аталады. Лабораториялық зерттеулерде Бугер-Бер-Ламбер өрнегін бұл түрде қолданбайды, оның орнына негізі 10 болатын дәрежелі өрнек түрінде жазады: I =I0×10-e ∙С∙l Бұл өрнекті логарифмдейік, сонда ол мына түрге келеді: lg(I0/I) =e∙С∙l, мұндағы e= c/2,3 жұтылудың молярлы көрсеткіші. Соңғы өрнектегі lg(I0/I) = D деп белгіліп және ол шаманы ертіндінің оптикалық тығыздығы деп атайық, сонда Бугер-Бер –Ламберт заңы мына түрге келеді D =e ∙С∙l. Жарықтың заттарда жұтылу құбылысы фотометрия мен спектрофотометрия деп аталатын әдістерде қолданылады. Жұтылу спектрі деп заттың жарықты жұтуының жарық жиілігіне D =f(n) немесе оның толқын ұзындығына D =f(l) тәуелділігін атайды. Бір атомды сиретілген газ бен металл буының жұтылу спектрі қарапайым болып келеді. Бұл күйдегі заттардың атомдары бір бірінен өте алшақ жатқандықтан, оларда өз ара әсерлесу байқалмайды. Заттан өткен жарық кванты жеке атомдармен әрекеттеседі, жұтылу спектріне сәйкес келетін толқындар hn = EK –Ei шартына сәйкес анықталынады. Әр атомға сәйкес келетін энергетикалық деңгейлердің арасы бір бірінен ұзақ, сондықтан олардың спектрлері бір бірінен алшақ жатқан жеке жеке сызықтардан тұрады, мұндай спектрлерлі сызықты деп атайды(2 сурет). Молекуласы көп атомды газдардың жұтылу спектрлері сызықтың спектрлардан күрделі болып келеді. Өйткені, зат құрамындағы атомдардың өз ара әректтесуі мен қозғалысы күрделі, сондықтан мұндай заттардың жұтылу спектрлері бір ібірінен алшақ оранласқан жолақтар түрінде болады. Мұндай спектрларды жолақ спектр деп атайды (3 сурет). Бір және көп атомды газдармен салыстырғанда тығыздығы жоғары газдар мен қатты денелерді құрайтын бөлшектердің өз ара әрекеттесуі күшті, сол себепті олардың бөлшектеріне сәйкес келетін энергетикалық деңгейлерінің арасы өте жақын болып келеді, кей деңгейлер бір бірімен беттесіп кеткен. Максимум және минимумдардан тұратын мұндай спектрларды тұтас деп атайды (4 сурет). DD   l 2 сурет 3 сурет 4 сурет Қазіргі кезеңде, биологиялық ертінділер мен қоспаларды, фармацевтік препаратарды талдауда, жарықтың ортада жұтылуына негізделген абсорбциялық спектроскопия әдістің бірі- фотоэлектроколориметрия кеңінен қолданылады. Абсорбциялық талдау заттардың электромагниттік толқынды талғамалы жұту қабілетіне негізделген. Фотоколориметрлік тәсілдің негізгі ерекшелігі: орындалуының қарапайымдылығы мен жеңілділігі, зерттелуге қажетті заттар мен реактивтердің өте аз мөлшерде жұмсалатыны және өлшеу дәлдігінің жоғарылығында жатыр. Осы мақсатта КФК-2 атты құрал қолданылады. Ол концентрациялық фотоэлектроколориметрі жарық фильтрі (сүзгісі) арқылы алынған 315-980 нм жарық толқындарының көмегімен қатты және сұйық денелердің оптикалық тығыздығы мен өткізу коэффициенттерін өлшеуге, калибровтік график арқылы ерітінділердің концентрациясын анықтауға мүмкіндік беретін құрал. КФК-2 құралының оптикалық схемасы 2 суретте берілген. Жарық көзінен (1) таралған жарық ағыны конденсор (2) диафрагма (3), объектив (4-5) және жарық фильтрі (6-8) арқылы өтіп, одан кюветаға (10) тұседі. Кюветаның алдында (9) және артында (11) жылудан қорғаушы шынылар орналасқан. Кюветадан шыққан жарық ағыны жарық қабылдағыш (12,17) құралдарға барып түседі. Жарықты қабылдайтын Ф-26 фотоэлементі (17) 315-540 нм аралығындағы сәулелерді қабылдайды.  2 - сурет Жарық қабылдағыштардың алдына (15) пластинка орнатылған. Ол түскен жарық ағын екіге бөліп: жарық ағынның 10%-ін фотодиодқа (ФД-24 К), 90%-ін фотоэлементке (Ф-26) бағыттайды. КФК-2 құралының сыртқы пішіні 3-суретте көрсетілген.   3-сурет. Тіркегіш құрал (1) ретінде М 907 микроамперметрі қолданылады (онда жоғары және төмен орналасқан шкалалары бар). Жоғарғы шкала - Т өткізу коэффициентін,ал төменгісі D - оптикалық тығыздықты анықтауға арналған. 2-жарық көзі. 3-жарық фильтрін ауыстырығы тетік. Түрлі-түсті жарық фильтрлі дөңгелек дискіге орнатылған, бұл дискіні айналдыру арқылы фильтрдің орнын ауыстырып отырады. 4-жарық жолына кюветаларды кезегімен ауыстыруға арналған қозғауыш тетік. 5-Фотоэлементердің сезімталдығын реттейтін тетік. Оның көмегімен жарық қабылдағыштар іске қосылады, әрі ”сезімталдықтың” мәні ауыстырылып отырылады. Бұл тетіктің сол жағы қара, оң жағы қызыл түстермен боялған. Қара жағын қосқанда, 315-540 нм аралығында спектр қабылдайтын Ф-26 фотоэлементі, ал қызыл жағына ауысқанда 590-980 нм аралығындағы спектр қабылдайтын ФД-24 к фотодиод іске қосылады. 3-ші тетіктің қара жағы қосылғанда, 5-ші тетіктің қара жағы іске қосылуы керек, дәл солай 3-ші тетіктің қызыл жағы қосылғанда 5-ші тетіктің қызыл жағы қосылуы керек. 6-ші тіркегіш құралдың стрелкасын “100 ге жобалап және дәл келтіру” тетігі (Установка 100 грубо и точно). Ол арқылы тіркегіш құралдың стрелкасын шкаланың 100 мәніне жобалап (грубо) және дәл (точно) келтіруге болады. 7- кювета бөлігі. Бұл бөлікті қақпақ жауып тұрады. Қақпақтың жабылуы кезінде жарық қабылдағыштың алдында орналасқан перде ашылып, ал қақпақ ашылған кезде жабылып отырады. Жұмысты орындау мына ретпен жүргізіледі: КФК-2 қондырғысын ток көзіне қосып, 15 минут қыздыру керек. Бұл кезде кювета бөлігінің қақпағы ашық тұрғаны жөн. Фотоколориметрдің сезімталдық ”чувствительность” ауыстырып қосқышын ең төменгі жағдайына келтір. Ол үшін ”чувствительность” тетігін ”1” қалпына келтіріп, ”установка 100 грубо” деп аталатын тетікті сол жаққа қарай толық бұрап қой. Заттың ертіндідегі концентрациясын анықтау мына реттпен жүргізілуі қажет: а) кювета мен жарық сүзгісін(фильтрін) таңдау. б) зерттелетін зат үшін калибровтік графикті салу. в) концентрациясы белгісіз ертіндінің оптикалық тығыздығын өлшеп, анықталған мән арқылы калибровтік графиктен оның концентрациясын анықтау. 3.1. Кюветаны таңдау. Кюветаны ертінді бояуының интенсивтілігіне қарай таңдау қажет. Егер ертіндінің бояуы өте қою болса ұзындығы ең аз кюветаны ал, егер ертіндінің бояуының интенсивтілігі аз болса, онда жұмыс үшін ұзындығы үлкен кюветаны алған жөн болады. 3.2. Жарық фильтірін таңдау. Таңдап алынған кюветалардың біреуіне дайындалған ертінділердің ішінен бояуы орташасын, ал екіншісіне тазартылған су құй. Жарық фильтрлерін ауыстыратын тетік арқылы толқын ұзындығын 315 нм тең сәулені таңдап ал. Кювета орналастыратын бөліктің қақпағын ашып, жарық сәулесінің жолына тазартылған су, жанына ертінді құйылған кюветаларды орналастыр. Кювета орналастырылатын бөліктің қақпағын жауып, тіркегіш құралдың стрелкасын 6 тетік көмегімен жоғарғы шкаланың «100» немесе төменгі шкаланың «0» белгісіне келтір, жарық сәулесінің жолына ертінді құйылған кюветаны 4 тетік арқылы орналастырып, төменгі шкаладан жарықтың D оптикалық тығыздығын анықта. Енді келесі жарық толқын ұзындығы 364 нм сәулені ал. Осылайша барлық жарық сүзгілерін(фильтрлері) үшін тәжірибені қайтала, нәтижесін 1-кестеге жазып, алынған мәндерге сәйкес миллиметрлік қағаз бетіне оптикалық тығыздықтың D толқын ұзыныдыққа l тәуелділік графигін сыз. 1-кесте.
Жұмысқа қажетті жарық фильтрін былайша анықтайды: графиктен оптикалық тығыздық Dmax ең үлкен мәніне сәйкес келетін толқын ұзындықты l анықта. Осылайша анықталған жарық сүзгісін(фильтрін) жұмысты орындауға пайдалан. Егер оптикалық тығыздықтың шамасына бірдей бірнеше жарық фильтрлері сәйкес келсе, онда оның ішінен ең кіші сезімталдыққа сәйкес келегн жарық фильтрін таңдап алған жөн. 3.3 Калибровтік графикті салу. Калибровтік графикті салу үшін концентрациясы белгілі ертіндіні (С1-С8) кезегімен кюветаға құйып, оптикалық тығыздықтарын (Д1-Д8) анықтап, төмендегі кестеге енгізу керек. 2-кесте.
Миллиметрлік қағаз бетіне калибровтік графикті, яғни заттың оптикалық тығыздығының D оның концентрациясына C тәуелділігін сипаттайтын D=f(C) графигін сал, ол үшін ордината осіне оптикалық тығыздықтың D, ал абцисса осіне концентрацияның C мәнін салыңыз. 3.4 Концентрациясы белгісіз ертіндінің концентрациясын анықтау. Концентрациясы белгісіз (Сх) ерітіндінің сан мәнін анықтау үшін оның ерітіндісін кюветаға құйып, оптикалық тығыздығын (Dх) анық. Содан кейін калибровтік графиктен анықталған оптикалық тығыздықтың D мәніне сәйкес келетін нүктені тауып, ол нүктеден графикпен қиылысқанша (C) осіне параллель түзу жүргіз. Қиылысу нүктесінен (С) осіне перпендикуляр түсіріп Сх-тің мәнін анықта. Оқытудың техникалық және инструментальдық құралдары: проектор, сызба, кестелер Сабақтарды өткізу тәртібі: - сабақ жоспарына сәйкес оқу пәнiнiң сұрақтарын талқылау; - білім алушылар ұсынған тапсырмаларды және сұрақтарды талқылау; - оқу пәнiнiң теориялық қағидалары мен тұжырымдамаларын талдау; - семинар – «дөңгелек стол». Деңгейлік тапсырмалар (20 ұпай дейін): І-ші деңгей: 1.Жарық ағыны зат арқылы өткенде оның энергиясының бір бөлігі ортаның атомдары немесе молекуланы қоздыруға жұмсалады,нәтижесінде жарық энергиясы азаяды.Осы құбылыс қалай аталады? 2.Жарық сәуленің өзі таралып жатқан барысында оның энергиясының басқа түріне ауысуы нәтижесінде жарық-интенсивтілігінің төмендеу құбылысы қалай аталады? 3.dI=K2 I de ґрнегіндегі К2 қалай аталады? 4.dI=-K2 I de өрнегіндегі К2 прапорционалдық коэффициенті нені сипаттайды? 5.Жұтылудың натуралды кґрсеткіші (K2) қандай шамаға тәуелді? 6.Жұтылудың натурал көрсеткіші (K2) қандай шамаға тәуелді емес ? 7.dI=-K2L de теңдеуіндегі “_”таңбасы нені көрсетеді (білдіреді)? 8.I=I 0 E –K2E -2- теңдеуі қалай аталады? 9.I-I e –k2e теңдеуі қалай аталады? 10.I=I e k2l теңдеуіндегі I қандай шама? ІІ-ші деңгей: 11.I-I e-k2L теңдеуіндегі К2-ның физикалық мағынасы? 12.Дұрыс өрнекті таңдаңыз (К2-жұтылудың натураль көрсеткіші, е-жарық өтетін зат қабатының қалындығы) 13.Бер заңын таңдаңыз 14.К2=Х2С теңдеуіндегі Х2-қалай аталады? 15.Жұтылудың натуралды молярлы көрсеткіші (X2) қандай шамаларға тәуелді? 16.Жұтылудың натуральды молярлы көрсеткіші (X2) қандай шамаға тәуелді емес? 17.Жұтылудың натуралды молярлы көрсеткіші еріген зат түріне жазықтың толқын ұзындығына тәуелді,бірақ ерітінді концентрациясына тәуелсіз болады бұл тұжырым қалай аталады? 18.Берг заңы қандай ерітінділер үшін орындалмайды? 19.I=Ie -XE C өрнегі қалай аталады? 20.Лабараториялық зерттеулерде қолданылатын Бугер-Бер-Ламберт формуласы? ІІІ-ші деңгей: 1. Заттың ертіндідегі концентрациясын анықтау: а) кювета мен жарық сүзгісін(фильтрін) таңдау. б) зерттелетін зат үшін калибровтік графикті салу. в) концентрациясы белгісіз ертіндінің оптикалық тығыздығын өлшеп, анықталған мән арқылы калибровтік графиктен оның концентрациясын анықтау. Студенттердің өзіндік жұмысына арналған тапсырмалар (30 ұпай дейін): 1. Медициналық құралдардың қауіпсіздігі мен сенімділігі – презентация. Әдебиеттер тізімі Төлеуханов.С, Биофизика: Оқулық. - Алматы: ҚР ЖОО қауымдастығы,2013.- 304 б. Умербекова.Т.К. Биофизика. - Қостанай: А. Байтурсынов атындағы ҚМУ, 2013. Патрик Ф.Д. Биофизика. Ағылшын тілінен аударылған. Алматы, 2013. -476 б. Байзак У.А., Байзакова Б.У. Медициналық биофизика: Дәрістер жинағы. Тұран баспаханасы ХҚТУ, Түркістан, 2015, 151 б. Медициналық жəне биологиялық физика: оқулық / А.Н. Ремизов; жауапты редакторы М.А. Əбирова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. — 656 б.: ил. Б.К.Койчубеков, А.А.Айткенова, С.Букеев, Г.Г.Балмагамбетова Медициналық және биологиялық физика негіздері, 2016 |